本發(fā)明涉及鍋爐水冷壁領(lǐng)域，特別涉及一種減少鍋爐水冷壁橫向裂紋發(fā)生的方法。

背景技術(shù)：

目前有一種4×660MW超超臨界機(jī)組，使用4臺(tái)HG-2000/26.15-YM3型的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用的是П型布置、單爐膛、改進(jìn)型低NOx PM主燃燒器和MACT型低NOx分級送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、墻式切圓燃燒方式，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱。

其中，爐膛水冷壁采用焊接膜式壁、內(nèi)螺紋管垂直上升式；水冷壁下集箱采用φ219mm的小直徑集箱，并將節(jié)流孔圈移到水冷壁集箱外面的水冷壁管入口段，與集箱端三叉管連接的入口短管采用φ42×9的較粗管子，對其嵌焊入節(jié)流孔圈，再通過二次三叉管過渡的結(jié)構(gòu)（如圖1所示），與φ28.6的水冷壁管相接，這樣節(jié)流孔圈的孔徑允許采用較大的節(jié)流范圍，可以保證孔圈有足夠的節(jié)流能力，按照水平方向各墻的熱負(fù)荷分配和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，調(diào)節(jié)各回路水冷壁管中的流量，以保證水冷壁出口工質(zhì)溫度的均勻性，并防止個(gè)別受熱強(qiáng)烈和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的回路與管段產(chǎn)生偏離核態(tài)沸騰（DNB）和出現(xiàn)壁溫不可控制的干涸（DRO）現(xiàn)象。在申請?zhí)枮?01210434106.3的中國專利申請“用于水冷壁系統(tǒng)的三叉管”中，對上述三叉管做了詳細(xì)描述。

爐膛中間混合集箱位于爐膛水冷壁的中部，當(dāng)水冷壁管子內(nèi)的工質(zhì)流到爐膛中間混合集箱時(shí)，可以得到充分的混合，使?fàn)t膛中間混合集箱出口工質(zhì)溫度均勻，并使溫度偏差帶來的熱應(yīng)力減小。爐膛混合器分兩級，爐膛一級混合器在前后左右四面墻各設(shè)置1個(gè)；爐膛二級混合器在四面墻各設(shè)置20個(gè)。水冷壁管子內(nèi)的工質(zhì)從下部水冷壁進(jìn)入到爐膛中間入口集箱，經(jīng)過初步混合后通過三通從底部進(jìn)入到一級混合器中進(jìn)行混合，一級混合器布置在鍋爐和爐膛中心線上，然后通過爐膛二級混合器入口連接管道從底部進(jìn)入到80個(gè)爐膛二級混合器中，經(jīng)過再次混合后流入到上部水冷壁管屏。

然而，在實(shí)際運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)這種鍋爐的水冷壁處，若干水冷壁管會(huì)存在橫向裂紋，多位于前墻水冷壁中間集箱下部彎頭處和彎頭以下部位。類似的鍋爐水冷壁橫向裂紋泄漏問題，會(huì)造成機(jī)組被迫停運(yùn)，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。裂紋產(chǎn)生的原因：（1）水冷壁節(jié)流孔設(shè)計(jì)不合理水冷壁溫度場不均衡，燃燒熱負(fù)荷分布與管內(nèi)介質(zhì)流量不匹配，造成水冷壁相鄰管溫度熱偏差過大；（2）水冷壁中間聯(lián)箱部位結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)生局部熱應(yīng)力；（3）“過熱度”波動(dòng)幅度過大和速率過高，尤其是在工況變動(dòng)期間更為明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種減少鍋爐水冷壁橫向裂紋發(fā)生的方法，針對現(xiàn)存問題，通過增加水冷壁溫度監(jiān)視，進(jìn)行水冷壁入口管道節(jié)流孔的改造，降低水冷壁熱偏差，改善水冷壁的運(yùn)行環(huán)境，結(jié)合燃燒調(diào)整等，使水冷壁安全性大幅度提高。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種減少鍋爐水冷壁橫向裂紋發(fā)生的方法，進(jìn)行至少一次從壁溫監(jiān)測到孔徑擴(kuò)大的操作；

其中，每一次操作包含A-C項(xiàng)的過程：

A、在鍋爐及其水冷壁運(yùn)行時(shí)，對四面水冷壁墻及各墻的水冷壁管的溫度分別進(jìn)行監(jiān)測；

B、根據(jù)測得的溫度數(shù)據(jù)，繪制表現(xiàn)西面水冷壁墻中各水冷壁管溫度分布的熱偏差曲線，判斷是否存在處于超溫區(qū)域的水冷壁管；

C、對與超溫區(qū)域的水冷壁管對應(yīng)的節(jié)流孔的孔徑進(jìn)行擴(kuò)大；

其中，在執(zhí)行完任意一次操作的C項(xiàng)之后，執(zhí)行下一次操作的A-B項(xiàng)，并在判斷仍存在處于超溫區(qū)域的水冷壁管時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行所述下一次操作的C項(xiàng)；

任意一次操作中被判斷為處于超溫區(qū)域的水冷壁管，是指符合以下任意一種情況或同時(shí)符合以下多種情況：

測得的水冷壁溫度高點(diǎn)超過為其設(shè)定的第一閾值時(shí)，具有溫度最高點(diǎn)的水冷壁管處于超溫區(qū)域；

測得的水冷壁溫度變化速率超過為其設(shè)定的第二閾值時(shí)，與超過第二閾值所在范圍對應(yīng)的水冷壁管處于超溫區(qū)域；

測得的水冷壁溫度最大波動(dòng)幅度超過為其設(shè)定的第三閾值時(shí)，與超過第三閾值所在范圍對應(yīng)的水冷壁管處于超溫區(qū)域；

測得的水冷壁管溫度大于所在水冷壁墻平均溫度的數(shù)值，超過為該數(shù)值設(shè)定的第四閾值時(shí)，測得溫度大于所在水冷壁墻平均溫度的水冷壁管處于超溫區(qū)域。

優(yōu)選地，對水冷壁的前墻和后墻之中平均溫度更高的一面水冷壁墻上處于超溫區(qū)域的水冷壁管進(jìn)行對應(yīng)節(jié)流孔孔徑的擴(kuò)大。

優(yōu)選地，當(dāng)水冷壁的左墻和右墻之中任意一面水冷壁墻上存在處于超溫區(qū)域的水冷壁管時(shí)，對該面水冷壁墻上處于超溫區(qū)域的水冷壁管及在對面水冷壁墻上與超溫區(qū)域位置對應(yīng)的水冷壁管均進(jìn)行對應(yīng)節(jié)流孔孔徑的擴(kuò)大。

優(yōu)選地，將任意一次操作中被判斷為處于超溫區(qū)域的水冷壁管分入第一區(qū)，在第一區(qū)內(nèi)進(jìn)一步劃分第二區(qū)；

將這一次操作的監(jiān)測中，水冷壁溫度最高點(diǎn)所在的水冷壁墻稱為第一墻面；將第一墻面的水冷壁溫度首次同時(shí)超過其他各墻面的水冷壁溫度時(shí)第一墻面對應(yīng)的水冷壁管作為第二區(qū)始端的水冷壁管；第二區(qū)末端的水冷壁管與第二區(qū)末端的水冷壁管相同；

對第二區(qū)內(nèi)處于超溫區(qū)域的水冷壁管的對應(yīng)節(jié)流孔孔徑進(jìn)行擴(kuò)大。

優(yōu)選地，當(dāng)監(jiān)測以不同標(biāo)高同時(shí)進(jìn)入混合器的任意兩個(gè)相鄰水冷壁管的溫差超過為其設(shè)定的第五閾值時(shí)，執(zhí)行至少一次所述操作。

優(yōu)選地，第一閾值為440℃；

第二閾值為10～20℃/min或20℃以上；

第三閾值為100℃；

第四閾值為40℃；

所述第五閾值為50℃。

優(yōu)選地，節(jié)流孔孔徑擴(kuò)大之后的鍋爐運(yùn)行時(shí)，控制二次風(fēng)箱差壓為1.0kpa。

優(yōu)選地，節(jié)流孔孔徑擴(kuò)大之后的鍋爐運(yùn)行時(shí)，控制分離器出口溫度變化率為2℃/min。

綜上所述，本發(fā)明所述減少鍋爐水冷壁橫向裂紋發(fā)生的方法，通過改造節(jié)流孔，水冷壁溫度分布明顯趨于平緩，水冷壁溫度沿爐墻寬度方向分布偏差明顯減小。通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)，改善燃燒工況，均衡爐內(nèi)燃燒，使參數(shù)控制更趨于合理。增加分離器出口溫度變化速率和過熱度變化速率2℃/min監(jiān)控參數(shù)，預(yù)判水冷壁溫度變化趨勢和速度，使運(yùn)行人員能夠提前做出調(diào)整。組織開展受熱面防磨防爆檢查并提前上水查漏，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水冷壁漏點(diǎn)進(jìn)行處理，一定程度上控制了水冷壁在運(yùn)行中發(fā)生泄漏的概率。通過全面的治理工作水冷壁安全性得到大幅度的提高，大幅度降低水冷壁橫向裂紋的發(fā)生面積和概率。

附圖說明

圖1是三叉管結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2是示例的水冷壁熱偏差曲線；

圖3是水冷壁管進(jìn)入混合器結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖4是左墻水冷壁節(jié)流孔改造前后的溫度比對圖；

圖5是本發(fā)明所述方法中一個(gè)具體示例的實(shí)施流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下文以HG-2000/26.15-YM3型鍋爐的水冷壁為例，說明本發(fā)明所述減少鍋爐水冷壁橫向裂紋發(fā)生的方法。

根據(jù)對水冷壁裂紋原因的分析，本發(fā)明中對水冷壁運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，通過對水冷壁運(yùn)行壁溫?cái)?shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行中水冷壁金屬不定期出現(xiàn)短時(shí)間超溫和大幅溫度波動(dòng)現(xiàn)象，并且兩種現(xiàn)象幾乎同時(shí)出現(xiàn)。

圖2所示的曲線，是溫度監(jiān)測后用以分析水冷壁熱偏差的一個(gè)具體示例，前后左右四面墻的水冷壁溫度均呈現(xiàn)“雙波峰”狀態(tài)分布：該示例中，鍋爐水冷壁各墻的第50-150根管處，附近溫度偏高，比平均溫度高出60℃以上；特別是右墻溫度偏高比較明顯，工況變化時(shí)該部位超溫幾率較高，則會(huì)由于溫度偏高導(dǎo)致局部應(yīng)力較大。并且，前墻和左墻的水冷壁平均溫度也高于后墻和右墻。對于水冷壁質(zhì)量流速設(shè)計(jì)相同的左右墻來說，左墻水冷壁平均溫度高說明爐內(nèi)火焰存在一定偏斜，偏向左側(cè)。因而，后續(xù)將對前左右墻的水冷壁管進(jìn)行改造。

從水冷壁溫度隨時(shí)間波動(dòng)的情況看，每面墻的溫度變化趨勢基本是一致的，但是波動(dòng)幅度不盡相同。第168根管后面波動(dòng)幅度小，波動(dòng)幅度僅10℃ 左右；第74至106根波動(dòng)幅度大，波動(dòng)幅度為40至50℃，個(gè)別工況波動(dòng)甚至達(dá)到100℃。相同時(shí)間內(nèi)溫度波動(dòng)幅度不同，會(huì)造成管束之間膨脹存在差異，形成熱應(yīng)力反復(fù)拉扯造成水冷壁管熱疲勞。

裂紋通常就集中產(chǎn)生在位于超溫區(qū)域的水冷壁管處（本例中對應(yīng)各墻的第50-150根管，尤其是右墻的這些位置）。為此，本發(fā)明需對水冷壁溫度及其變化進(jìn)行監(jiān)測，查找出處在超溫區(qū)域的水冷壁管進(jìn)行改造：如，水冷壁溫度在部分時(shí)間內(nèi)大幅、快速波動(dòng)，溫度高點(diǎn)可能超過500℃，且溫度升高后快速下降的情況。如超溫工況下水冷壁溫度變化速率較高，達(dá)到10～20℃/min甚至更高的情況；并且，多數(shù)超溫過程中都伴隨高溫升速率。如根據(jù)計(jì)算短時(shí)間內(nèi)部分水冷壁溫升速率達(dá)到20℃/min，且最大波動(dòng)幅度為140℃的情況。

如圖3所示，當(dāng)前水冷壁管進(jìn)入混合器的結(jié)構(gòu)存在問題：水冷壁管在中間集箱進(jìn)入混合器不是在同一標(biāo)高同時(shí)進(jìn)入，進(jìn)入混合器有高度差，每相鄰2根管，一根已經(jīng)經(jīng)過混合，另一根沒有經(jīng)過混合。則在水冷壁50-150根管區(qū)域內(nèi)，相鄰兩根管的溫差很大，推算超過50℃，由于兩根管膨脹不相同造成相互拉應(yīng)力，在機(jī)組啟?；蛏地?fù)荷時(shí)，相互拉應(yīng)力更大，拉應(yīng)力反復(fù)拉扯造成水冷壁管疲勞，水冷壁中間聯(lián)箱下部彎頭處是橫向裂紋缺陷發(fā)現(xiàn)較多部位。則，本發(fā)明可在水冷壁管監(jiān)測每兩個(gè)相鄰管的溫差超過設(shè)定值（如50℃）的情況下進(jìn)行改造。

當(dāng)前水冷壁節(jié)流孔的設(shè)計(jì)不合理：水冷壁入口節(jié)流孔需按照水平方向各墻的熱負(fù)荷分配和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，調(diào)節(jié)各回路水冷壁管中的流量，以保證水冷壁出口工質(zhì)溫度的均勻性，爐墻按不同區(qū)域安裝的節(jié)流孔孔徑大小不相同。然而從本例所示鍋爐水冷壁運(yùn)行的實(shí)際溫度來看，水冷壁四面墻的水冷壁溫度均呈現(xiàn)“雙波峰”狀態(tài)分布，水冷壁第50-150根管附近溫度偏高，比平均溫度高出60℃以上，明顯反應(yīng)出水冷壁第50-150根管相對應(yīng)的節(jié)流孔孔徑設(shè)計(jì)偏小，造成水冷壁管流量不足，冷卻效果差。

對此，本發(fā)明需調(diào)整鍋爐水冷壁的節(jié)流孔孔徑。本例中進(jìn)一步選擇前左右三面墻上逆時(shí)針數(shù)的第24至37個(gè)節(jié)流孔，與各墻的第93至148根管相對應(yīng)（第93根管基本對應(yīng)于第一個(gè)波峰附近，溫度最高點(diǎn)所在右墻溫度超過其他各墻時(shí)的水冷壁管）。節(jié)流孔孔徑的改造情況如下：

（1）前墻左數(shù)：第24至37個(gè)節(jié)流孔原設(shè)計(jì)孔圈孔徑為11mm，重新改造后的孔圈孔徑為12.5mm。

（2）左墻后數(shù)：第24至30個(gè)節(jié)流孔原設(shè)計(jì)孔圈孔徑為9mm，重新改造后的孔圈孔徑為10.5mm；31至37個(gè)節(jié)流孔原設(shè)計(jì)孔圈孔徑為9mm，重新改造后的孔圈孔徑11mm。

（3）右墻前數(shù)：第24至30個(gè)節(jié)流孔原設(shè)計(jì)孔圈孔徑為9mm，重新改造后的孔圈孔徑為10.5mm；31至37個(gè)節(jié)流孔原設(shè)計(jì)孔圈孔徑為9mm，重新改造后的孔圈孔徑為11mm。

在上述改造之后運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，水冷壁超溫區(qū)域會(huì)發(fā)生變化，重新繪制冷壁熱偏差的曲線；新的曲線中發(fā)現(xiàn)經(jīng)改造的第93至148根管的溫度明顯下降，然而將導(dǎo)致第74至92根管的溫度明顯偏高，個(gè)別璧溫超過470℃；為此，進(jìn)一步對水冷壁管前左右三墻上逆時(shí)針數(shù)第18至23個(gè)節(jié)流孔的孔徑進(jìn)行調(diào)整，對應(yīng)于各墻的第69至92根管（第69根管基本對應(yīng)于重新繪制的曲線中溫度最高點(diǎn)所在這一面墻的壁溫超過其他各墻壁溫時(shí)的位置）。改造情況如下：

（1）前墻左數(shù)：第18至23個(gè)節(jié)流孔原設(shè)計(jì)孔圈孔徑為11mm，重新改造后的孔圈孔徑為12.5mm。

（2）左墻后數(shù)：第18至23個(gè)節(jié)流孔原設(shè)計(jì)孔圈孔徑為9mm，重新改造后的孔圈孔徑為10mm。

（3）右墻前數(shù)：第24至30個(gè)節(jié)流孔原設(shè)計(jì)孔圈孔徑為8.5mm，重新改造后的孔圈孔徑為10mm。

通過第二次的水冷壁節(jié)流孔改造后，水冷壁溫度分布明顯趨于平緩，水冷壁溫度沿爐墻寬度方向分布偏差明顯減小?？刂谱罡唿c(diǎn)不超過440℃，最高點(diǎn)與平均值只差在40℃之內(nèi)。本例中改造前后最高管壁溫度110從469℃降到422℃。圖4中示出左墻節(jié)流孔改造前后的溫度對比，改造后溫度分布平緩，其中第96至146管的溫度明顯降低。

如圖5所示，本發(fā)明所述方法， 即需要執(zhí)行至少一次壁溫監(jiān)測至孔徑擴(kuò)大的操作：在水冷壁運(yùn)行時(shí)進(jìn)行溫度監(jiān)測，繪制水冷壁熱偏差曲線，并對上文所述若干數(shù)據(jù)是否超出各自設(shè)定閾值進(jìn)行判斷，確定需改造的墻及其中的水冷壁管，對相應(yīng)的節(jié)流孔孔徑進(jìn)行擴(kuò)大。每次操作后，繼續(xù)監(jiān)測溫度，判斷是否不再出現(xiàn)超溫區(qū)域，及溫度最高點(diǎn)數(shù)值及其與平均值的差值是否滿足相應(yīng)設(shè)定閾值；若根據(jù)新繪制的曲線判斷沒有超溫區(qū)域，且最高點(diǎn)及差值等不超出各自閾值，則不再執(zhí)行孔徑改造；否則，根據(jù)這一次監(jiān)測得出的超溫區(qū)域，對相應(yīng)節(jié)流孔進(jìn)行改造。

此外， 本發(fā)明中還需進(jìn)一步做好水冷壁熱偏差運(yùn)行調(diào)節(jié)控制：通過控制二次風(fēng)箱的差壓，例如：提高二次風(fēng)箱差壓到1.0kpa左右，提高爐膛的充滿度，這樣水冷壁的受熱將進(jìn)一步均勻，可有效降低相鄰水冷壁管之間的溫差，減弱由于兩根管膨脹不相同造成相互拉應(yīng)力，達(dá)到控制水冷壁管疲勞裂紋平發(fā)的目的。

加強(qiáng)水冷壁溫度控制，通過將分離器出口溫度變化率納入考核指標(biāo)，控制升降負(fù)荷和加減煤的速度將分離器出口溫度變化率控制在2℃/min，使水冷壁溫度保持平穩(wěn)，減弱水冷壁熱疲勞的幅度和頻率，通過控制燃料量變化率等手段，嚴(yán)格控制機(jī)組啟停過程中分離器出口溫度變化率控制在2℃/min，禁止鍋爐強(qiáng)冷、快冷。結(jié)合進(jìn)行一次風(fēng)調(diào)平、二次風(fēng)量標(biāo)定、二次風(fēng)小風(fēng)門冷態(tài)調(diào)整試驗(yàn)，熱態(tài)燃燒調(diào)整試驗(yàn)來合理分配氧量，控制入爐煤硫份，以減輕水冷壁高溫腐蝕的發(fā)生。通過上述方法對燃燒方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)對鍋爐進(jìn)行合理配煤，使之符合鍋爐運(yùn)行要求，防止裂紋的產(chǎn)生。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。